什么是发电机定子接地保护？
第一部分
发电机定子绕组单相接地保护
由于发电机容易发生绕组线棒和定子铁芯之间绝缘的破坏，因此发生单相接地故障的比例很高，约占定子故障的70~80%。l由于大型发电机组定子对地电容较大，当发电机机端附近发生接地故障时，故障点的电容电流比较大，影响发电机的安全运行；l同时由于接地故障的存在，会引起接地弧光过电压，可能导致发电机其它位置绝缘的破坏，形成危害严重的相间或匝间短路故障。
发电机定子绕组单相接地故障电流允许值
中性点不接地的发电机，当发电机内部单相接地时，接地电容电流应在规定的允许值之内，如下表所示。大型发电机由于造价昂贵，结构复杂，检修困难，且容量的增大使得其接地故障电流也随之增大，为了防止故障电流烧坏铁芯，大型发电机有的装设了消弧线圈，通过消弧线圈的电感电流与接地电容电流的相互抵消，把定子单相接地故障电流限制在规定的允许值之内。
单相接地故障时的零序电压
发电机定子接地时的零序网络图
当中性点不接地时，故障点的接地电流为
当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地电流为
当机端发生单相接地故障时，接地电流最大
l经消弧线圈接地可补偿故障接地容性电流。在装设消弧线圈时，要采用过补偿方式选择线圈的电感L，使得补偿的感性电流大于接地容性电流，以防止系统总容抗和消弧线圈的感抗在数值上相等，发生共振而引起过电压。而在大型发电机变压器组单元接线的情况下，由于总电容为定值，要采用欠补偿运行方式，即补偿的感性电流小于接地容性电流，这样有利于减小电容耦合传递的过电压。
l当发电机电压网络的接地电容电流大于允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，接地保护动作于跳闸；当接地电流小于允许值时，接地保护动作于信号，即可以不立即跳闸，由值班人员请示调度中心后，转移故障发电机的负荷，然后平稳停机进行检修。
l对于中小型发电机，通常采用零序电压定子单相接地构成保护，由于整定值要避开不平衡电压，保护区一般只能达到定子绕组的85~95%，故在发电机中性点附近存在着死区。实现发电机定子100%接地保护主要利用三次谐波电压或是叠加电源与零序电压配合构成。
利用零序电压的定子单相接地保护（什么是谐波？电力系统谐波怎么产生的？）
故障点的零序电压将随着故障点位置的不同而改变，越靠近机端，故障点的零序电压就越高，因此可以利用基波零序电压构成定子单相接地保护，通常零序电压保护用于发电机变压器组，该保护反映发电机的基波零序电压大小，而零序电压取自发电机机端TV的开口△绕组或中性点TV二次侧(也可从消弧线圈副方绕组取得)。
由于发电机正常运行时，相电压中含有三次谐波，因此，在机端电压互感器接成开口三角的一侧也有三次谐波电压输出，此外，当变压器高压侧发生接地故障时，由于变压器高低绕组之间有电容存在，在发电机机端也会产生零序电压。因此，为了保证选择性，保护要具有三次谐波滤除功能，并且整定时要躲过正常运行时的不平衡电压以及变压器高压侧接地时在发电机端所产生的零序电压。
零序电压保护的出口方式：发信或跳闸。当动作于跳闸且零序电压取自发电机机端TV的开口△绕组时需要装设TV断线闭锁。
利用零序电压的定子单相接地保护
l该保护反映发电机的基波零序电压大小，而零序电压取自发电机机端TV的开口△绕组或中性点TV二次侧(也可从消弧线圈副方绕组取得)。
l由于发电机正常运行时，相电压中含有三次谐波，因此，在机端电压互感器接成开口三角的一侧也有三次谐波电压输出，此外，当变压器高压侧发生接地故障时，由于变压器高低绕组之间有电容存在，在发电机机端也会产生零序电压。因此，为了保证选择性，保护要具有三次谐波滤除功能，并且整定时要躲过正常运行时的不平衡电压以及变压器高压侧接地时在发电机端所产生的零序电压。
l零序电压保护的出口方式：发信或跳闸。当动作于跳闸且零序电压取自发电机机端TV的开口△绕组时需要装设TV断线闭锁。
利用零序电压构成的定子单相接地保护
保护构成原理
动作方程：3U0＞3U0g
3U0——机端TV开口三角电压或中性点TV（或消弧线圈）二次电压；
3U0g——动作电压整定值。
保护动作逻辑
l当零序电压式定子接地保护的输入电压取自机端TV开口三角形绕组时，为确保TV一次断线时保护不误动，需引入TV断线闭锁。
利用零序电压和三次谐波电压构成的100％定子单相接地保护
l由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和的影响，在定子绕组中感应的电势除基波分量外，还含有高次谐波分量。其中三次谐波分量是零序性质的分量，它虽然在线电势中被消除，但是在相电势中依然存在。l如果把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点N和机端S，且每相的电容大小都是0.5Cf,并将发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容也等效在机端Cw，并设三次谐波电势为E3，那么当发电机中性点不接地时，其等值电路如图所示。这时中性点及机端的三次谐波电压分别为
中性点及机端的三次谐波电压分别为
机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压比为
l发电机三次谐波电势和对地电容的等值电路图
l叠加电源方式的100%定子单相接地保护采用叠加低频电源方式，叠加电源频率主要是12.5Hz和20Hz两种，由发电机中性点变压器或发电机端TV开口处注入一次发电机定子绕组。这种方式能够独立地检测接地故障，与发电机的运行方式无关；不仅在发电机正常运行的状态下可以检测，而且在发电机静止或是启动、停机的过程中同样能够检测故障。更重要的是，这种方式对定子绕组各处故障检测的灵敏度相同。
l叠加20Hz低频电源方式的100%定子单相接地保护原理图